RU208071U1 - A DEVICE FOR AUTO-POSITIONING OF THE SYSTEM WITH DIGITAL PHASE MODULATION - Google Patents

A DEVICE FOR AUTO-POSITIONING OF THE SYSTEM WITH DIGITAL PHASE MODULATION Download PDF

Info

Publication number
RU208071U1
RU208071U1 RU2021115631U RU2021115631U RU208071U1 RU 208071 U1 RU208071 U1 RU 208071U1 RU 2021115631 U RU2021115631 U RU 2021115631U RU 2021115631 U RU2021115631 U RU 2021115631U RU 208071 U1 RU208071 U1 RU 208071U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
signal
input
voltage
value
Prior art date
Application number
RU2021115631U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Алексеевич Полушин
Олег Рафаилович Никитин
Виктор Анатольевич Прасолов
Сергей Юрьевич Бобрус
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority to RU2021115631U priority Critical patent/RU208071U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU208071U1 publication Critical patent/RU208071U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22Demodulator circuits; Receiver circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к технике передачи цифровых сигналов и может быть использована для фазовой автоподстройки генератора в приемнике, используемого для детектирования цифровых фазомодулированных сигналов с дифференциальными видами модуляции и подавленной несущей.Принцип действия предлагаемого устройства заключается в том, что в блок памяти заносятся все значения фаз, которые может принимать фазомодулированный сигнал. В процессе работы при приеме каждого символа измеряется фазовый сдвиг между фазой управляемого генератора и фазой принятого сигнала. Далее находятся разности фаз между этим фазовым сдвигом и всеми занесенными в память возможными значениями фаз фазомодулированного сигнала. Выбирается минимальная разность и на ее основе производится подстройка управляемого генератора.Таким образом, применение предлагаемого устройства фазовой автоподстройки системы с цифровой фазовой модуляцией позволяет повысить помехоустойчивость системы и увеличить универсальность ее применения.The utility model relates to the technique of digital signal transmission and can be used for phase-locked oscillator in the receiver used to detect digital phase-modulated signals with differential modulation and suppressed carrier. which can receive a phase modulated signal. During operation, upon receipt of each symbol, the phase shift between the phase of the controlled oscillator and the phase of the received signal is measured. Next, the phase differences between this phase shift and all stored possible phase values of the phase-modulated signal are found. The minimum difference is selected and, on its basis, the controlled oscillator is tuned. Thus, the use of the proposed phase-locked loop device for a system with digital phase modulation makes it possible to increase the noise immunity of the system and increase the versatility of its application.

Description

Полезная модель относится к технике передачи цифровых сигналов и может быть использована для фазовой автоподстройки генератора в приемнике системы связи, используемого для детектирования цифровых фазомодулированных сигналов с дифференциальными видами модуляции и подавленной несущей.The utility model relates to the digital signal transmission technique and can be used for the phase-locked loop of the oscillator in the receiver of the communication system, which is used for detecting digital phase-modulated signals with differential modulation modes and suppressed carrier.

Известны различные схемы фазовой автоподстройки генератора, используемого для детектирования в приемнике фазомодулированных сигналов с подавленной несущей, описанные, например, в книге: Б Скляр, Цифровая связью Теоретические основы и практическое применение. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 1104 с. или в книге: Витерби Э.Д. Принципы когерентной связи. - М.: Советское радио, 1970. - 392 с. Они содержат генераторы, управляемые напряжением, умножители частоты, полосовые фильтры и фазовые детекторы.There are various schemes of phase-locked oscillator used for detecting phase-modulated signals with suppressed carrier in the receiver, described, for example, in the book: B Sklyar, Digital Communication Theoretical Foundations and Practical Application. - M .: Publishing house "Williams", 2003. - 1104 p. or in the book: Viterbi E.D. Principles of coherent communication. - M .: Soviet radio, 1970 .-- 392 p. They contain voltage controlled oscillators, frequency multipliers, bandpass filters and phase detectors.

В них для подстройки фазы генератора, используемого в приемнике для синхронного детектирования принятых цифровых фазомодулированных сигналов, удаляется фазовая модуляция, так как она не позволяет производить автоматическую подстройку фазы генератора. Для целей энергетического выигрыша при передаче в сигнале подавляется несущая, так как она не переносит полезной информации. Это же в приемнике создает трудности для демодуляции.In them, to adjust the phase of the oscillator used in the receiver for synchronous detection of the received digital phase-modulated signals, phase modulation is removed, since it does not allow automatic adjustment of the oscillator phase. For the purposes of power gain, the carrier is suppressed in the signal during transmission, since it does not carry useful information. This also creates difficulties for demodulation in the receiver.

В известных устройствах фаза несущей восстанавливается путем умножения частоты принимаемого сигнала. В системах с двоичной фазовой модуляцией (BPSK) фаза мешающего информационного сигнала может принимать два значения 0° и 180°. Поэтому после удвоения частоты скачки фазы исчезают. В системах с четырехкратной фазовой модуляцией (QPSK) производится умножение частоты входного сигнала на четыре, в результате чего скачки фазы за счет информационного сигнала также убираются, и это используется для автоподстройки фазы генератора, используемого для детектирования. В случае более сложных видов модуляции возможно производить умножение частоты в большее число раз. Возникающая неопределенность фазы убирается за счет использования дифференциального принципа модуляции, когда передаваемая информация содержится в относительном изменении фазы сигнала.In prior art devices, the carrier phase is recovered by multiplying the frequency of the received signal. In binary phase modulation (BPSK) systems, the phase of the interfering information signal can take two values 0 ° and 180 °. Therefore, after doubling the frequency, the phase jumps disappear. In systems with quadruple phase modulation (QPSK), the frequency of the input signal is multiplied by four, as a result of which the phase jumps due to the information signal are also removed, and this is used to lock the phase of the oscillator used for detection. In the case of more complex types of modulation, it is possible to multiply the frequency by a larger number of times. The resulting phase uncertainty is removed by using the differential modulation principle, when the transmitted information is contained in the relative change in the signal phase.

Все подобные системы фазовой автоподстройки характеризуются общим недостатком. Поскольку входной сигнал всегда содержит шумовую составляющую, то после удвоения частоты появляются компоненты умножения информационного сигнала на шум и шума на шум, и отношение «сигнал/шум» резко ухудшается. Это затрудняет точную автоподстройку фазы управляемого генератора и последующую демодуляцию и ведет к ухудшению помехоустойчивости передачи информации. Если используется учетверение частоты, то величина шумовых составляющих возрастает в еще большей степени. При невысоких уровнях входных сигналов это ведет к уменьшению надежности передачи сигналов вплоть до полного срыва передачи.All such phase-locked loop systems have a common drawback. Since the input signal always contains a noise component, after frequency doubling, components of the information signal multiplication by noise and noise by noise appear, and the signal-to-noise ratio sharply deteriorates. This makes it difficult to accurately lock the phase of the controlled oscillator and subsequent demodulation and leads to a deterioration in the noise immunity of information transmission. If the frequency is quadrupled, then the magnitude of the noise components increases even more. At low levels of input signals, this leads to a decrease in the reliability of signal transmission, up to a complete breakdown of the transmission.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство, описанное в книге: Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 432 с. Оно представляет собой синфазно-квадратурный демодулятор (схема Костаса). Оно содержит два перемножителя, генератор, управляемый напряжением, фазовращатель на 90°, фильтры низких частот и третий перемножитель. На оба входных перемножителя поступает входной сигнал, где он перемножается с сигналов генератора, управляемого напряжением непосредственно и после фазового сдвига на 90°. Полученные два результата перемножения проходят через полосовые фильтры, где из них удаляются высокочастотные составляющие. Полученные низкочастотные составляющие представляют собой квадратурные компоненты I и Q информационного сигнала.The closest in technical essence to the proposed technical solution is the device described in the book: Galkin V.A. Digital mobile radio communication. - M .: Hotline-Telecom, 2007 .-- 432 p. It is an IQ demodulator (Costas circuit). It contains two multipliers, a voltage controlled oscillator, a 90 ° phase shifter, low pass filters and a third multiplier. Both input multipliers receive an input signal, where it is multiplied by the signals of the voltage controlled generator directly and after a 90 ° phase shift. The resulting two multiplication results pass through bandpass filters, where high-frequency components are removed from them. The resulting low-frequency components are the I and Q quadrature components of the information signal.

Далее они перемножаются в третьем перемножителе, где из них удаляется модуляция и после низкочастотного фильтра остается сигнал, пропорциональный разности начальных фаз входного сигнала и генератора, управляемого напряжением. Он используется для настройки фазы этого генератора. Устройство позволяет убрать двоичную фазовую модуляцию (BPSK). Оно также может использоваться и в системах с QPSK путем применения ограничителей после полосовых фильтров.Then they are multiplied in the third multiplier, where modulation is removed from them and after the low-pass filter a signal remains proportional to the difference between the initial phases of the input signal and the voltage-controlled oscillator. It is used to tune the phase of this oscillator. The device allows you to remove binary phase modulation (BPSK). It can also be used in QPSK systems by applying limiters after bandpass filters.

Описанные схемы также обладают значительным недостатком, так как в результате перемножений шумов и сигналов возрастает общий уровень шума, ухудшающий помехоустойчивость и надежность передачи сигналов. Кроме того, эти схемы неприменимы в системах с более сложными видами модуляции, таких, как, например 8-PSK или QAM. Это снижает возможности и универсальность аппаратуры.The described circuits also have a significant disadvantage, since as a result of multiplications of noise and signals, the overall noise level increases, which degrades the noise immunity and reliability of signal transmission. In addition, these schemes are not applicable in systems with more complex types of modulation, such as, for example, 8-PSK or QAM. This reduces the capabilities and versatility of the equipment.

Задачей предлагаемого устройства фазовой автоподстройки системы с цифровой фазовой модуляцией является повышение помехоустойчивости и надежности передачи сигналов и расширения возможностей и универсальности применения аппаратуры.The objective of the proposed device for phase-locked loop system with digital phase modulation is to increase the noise immunity and reliability of signal transmission and expand the capabilities and versatility of the equipment.

Поставленная задача решается тем, что в устройство фазовой автоподстройки системы с цифровой фазовой модуляцией, содержащее первый и второй перемножители, первый и второй фильтры, генератор, управляемый напряжением, и фазовращатель, введены первый и второй аналого-цифровые преобразователи, интегратор, вычислитель, усреднитель, блок сравнения, многоканальный вычитатель и блок памяти, причем вход устройства соединен с одними из входов первого и второго перемножителей, а их выходы через последовательно подключенные первый и второй фильтры и первый и второй аналого-цифровые преобразователи со входами вычислителя, выход которого соединен со входом многоканального вычитателя, а другие входы многоканального вычитателя соединены с выходами блока памяти, выходы многоканального вычитателя подключены ко входам блока сравнения, а его выход через последовательно соединенные усреднитель и интегратор подключен ко входу генератора, управляемого напряжением, выход генератора, управляемого напряжением, соединен с другим входом первого перемножителя и через фазовращатель с другим входом второго перемножителя.The problem is solved by the fact that the first and second analog-to-digital converters, integrator, calculator, averager are introduced into the phase-locked-loop device of the system with digital phase modulation, which contains the first and second multipliers, the first and second filters, the voltage-controlled generator and the phase shifter, a comparison unit, a multichannel subtractor and a memory unit, and the input of the device is connected to one of the inputs of the first and second multipliers, and their outputs through the series-connected first and second filters and the first and second analog-to-digital converters with the inputs of the calculator, the output of which is connected to the input of the multichannel subtractor, and other inputs of the multichannel subtractor are connected to the outputs of the memory unit, the outputs of the multichannel subtractor are connected to the inputs of the comparison unit, and its output through a series-connected averager and integrator is connected to the input of the voltage-controlled generator, the output of the voltage-controlled generator, connected to another input of the first multiplier and through a phase shifter with another input of the second multiplier.

На чертежах представлена структурная схема устройства фазовой автоподстройки системы с цифровой фазовой модуляцией - фиг. 1, рисунки, поясняющие принцип работы устройства - фиг. 2 и фиг. 3.The drawings show a block diagram of a phase-locked-loop device of a digital phase-modulation system - FIG. 1, drawings explaining the principle of operation of the device - FIG. 2 and FIG. 3.

На фиг. 1 обозначены: первый 1 и второй 2 перемножители, первый 3 и второй 4 фильтры, первый 5 и второй 6 аналого-цифровые преобразователи, фазовращатель 7, генератор управляемый напряжением 8, интегратор 9, вычислитель 10, усреднитель 11, блок сравнения 12, многоканальный вычитатель 13 и блок памяти 14.FIG. 1 denotes: first 1 and second 2 multipliers, first 3 and second 4 filters, first 5 and second 6 analog-to-digital converters, phase shifter 7, voltage controlled generator 8, integrator 9, calculator 10, averager 11, comparison unit 12, multichannel subtractor 13 and memory unit 14.

Блоки устройства работают следующим образом. Устройство расположено в приемнике системы связи. Входной цифровой фазомодулированный сигнал системы поступает на первые входы двух однотипных перемножителей 1 и 2. На другой вход первого перемножителя 1 подается сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением 8. На другой вход второго перемножителя 2 подается сигнал с выхода генератора управляемого напряжением 8, прошедший через фазовращатель 7. В фазовращателе 7 производится сдвиг фазы проходящего напряжения на 90°.The device blocks work as follows. The device is located in the receiver of the communication system. The input digital phase-modulated signal of the system is fed to the first inputs of two multipliers of the same type 1 and 2. The signal from the output of the generator controlled by voltage 8 is fed to the other input of the first multiplier 1. 7. In the phase shifter 7, the phase of the passing voltage is shifted by 90 °.

В результате перемножения входного сигнала и сигнала генератора управляемого напряжением на выходе первого 1 и второго 2 перемножителей образуются сигналы суммарной и разностной частот. Первый 3 и второй 4 фильтры отсеивают сигналы суммарной частоты, а пропускают только сигналы частоты, разностной между частотой входного сигнала и частотой генератора управляемого напряжением.As a result of multiplying the input signal and the signal of the voltage controlled generator at the output of the first 1 and second 2 multipliers, the signals of the sum and difference frequencies are formed. The first 3 and second 4 filters filter out the sum frequency signals, and only pass the frequency signals, the difference between the frequency of the input signal and the frequency of the voltage controlled generator.

Выходные сигналы фильтров подаются на первый 5 и второй 6 аналого-цифровые преобразователи, где аналоговые входные значения преобразуются в цифровые значения. Выходной сигнал первого аналого-цифрового преобразователя 5 представляет собой проекцию фазомодулированного сигнала на одну из координатных осей (сигнал I). Выходной сигнал второго аналого-цифрового преобразователя 6 представляет собой проекцию фазомодулированного сигнала на другую координатную ось (сигнал Q).The output signals of the filters are fed to the first 5 and second 6 analog-to-digital converters, where the analog input values are converted to digital values. The output signal of the first analog-to-digital converter 5 is a projection of the phase-modulated signal onto one of the coordinate axes (signal I). The output signal of the second analog-to-digital converter 6 is a projection of the phase-modulated signal onto another coordinate axis (Q signal).

В вычислителе 10 вычисляется значение текущей фазы ψk в k-том символе сигнала, проекции которого определяются координатами I и Q. Вычисление производится по формулам:The calculator 10 calculates the value of the current phase ψ k in the k-th symbol of the signal, the projections of which are determined by the coordinates I and Q. The calculation is carried out according to the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

После этого результат вычисления поступает на многоканальный вычитатель 13. На другие его многоканальные входы подаются данные с блока памяти 14. Там заранее занесены данные о фазовых соотношениях всех вариантах значений сигнала используемого вида модуляции. В многоканальном вычитателе 13 определяются разности вычисленного значения фазы с каждым из вариантов значений фазы используемого вида модуляции, имеющихся в блоке памяти 14. Эти значения разности подаются на блок сравнения 12. В нем все полученные разности сравниваются по абсолютной величине, и на вход блока сравнения подается та разность, абсолютная величина которой - наименьшая из сравниваемых.After that, the result of the calculation is fed to the multichannel subtractor 13. The data from the memory unit 14 are fed to its other multichannel inputs. There, the data on the phase relationships of all variants of the signal values of the used modulation type are stored in advance. In the multichannel subtractor 13, the differences of the calculated phase value are determined with each of the variants of the phase values of the used type of modulation available in the memory unit 14. These difference values are supplied to the comparison unit 12. In it, all the obtained differences are compared in absolute value, and the input of the comparison unit is fed the difference, the absolute value of which is the smallest of those compared.

Это значение разности усредняется в усреднителе 11 и подается на интегратор 9. Там находится интеграл от поступившей величины, и результат интегрирования подается на управляющий вход генератора, управляемого напряжением 8. Знак этой величины управляет перестройкой частоты генератора 8, управляемого напряжением.This value of the difference is averaged in the averager 11 and fed to the integrator 9. There is the integral of the received value, and the result of integration is fed to the control input of the voltage-controlled generator 8. The sign of this value controls the frequency tuning of the voltage-controlled generator 8.

Принцип работы устройства заключается в следующем.The principle of operation of the device is as follows.

Основным назначением устройства фазовой автоподстройки является настройка фазы сигнала генератора 8, управляемого напряжением, необходимая для синхронного детектирования принимаемого сигнала.The main purpose of the phase-locked loop is to adjust the phase of the signal of the voltage-controlled oscillator 8, which is necessary for synchronous detection of the received signal.

Пусть на входе устройства в течение символа k принимается фазомодулированный сигнал Sk(t)=A0cos((ω0t+ϕ0k), где А0 - амплитуда сигнала; ω0 - частота сигнала; φ0 - начальная фаза фазоманипулированного сигнала; φk - изменяющееся значение фазы, переносящее информацию. В качестве примера рассмотрим восьмифазную модуляцию 8-PSK, «созвездие» которой приведено на фиг. 2. В зависимости от передаваемой информации значения фаз могут принимать 8 значений: ϕ1=0°, φ2=45°, φ3=90°, φ4=135°, φ5=180°, φ6=225°, φ7=270°, φ8=315°. Входной сигнал подается на одни из входов первого 1 и второго 2 перемножителей.Let a phase-modulated signal S k (t) = A 0 cos ((ω 0 t + ϕ 0 + ϕ k ), where A 0 is the signal amplitude; ω 0 is the signal frequency; φ 0 is the initial the phase of the phase- shift keyed signal; φ k is a changing phase value carrying information. As an example, consider the eight-phase modulation 8-PSK, the "constellation" of which is shown in Fig. 2. Depending on the information being transmitted, the phase values can take 8 values: ϕ 1 = 0 °, φ 2 = 45 °, φ 3 = 90 °, φ 4 = 135 °, φ 5 = 180 °, φ 6 = 225 °, φ 7 = 270 °, φ 8 = 315 °. The input signal is applied to one of the inputs of the first 1 and second 2 multipliers.

На выходе генератора, управляемого напряжением 8, вырабатывается сигнал Sg(t)=Ugcos((ωgt+θ), где Ug - амплитуда этого сигнала, ωg - частота этого сигнала, θ - начальная фаза этого сигнала.At the output of the generator controlled by voltage 8, a signal is generated S g (t) = U g cos ((ω g t + θ), where U g is the amplitude of this signal, ω g is the frequency of this signal, θ is the initial phase of this signal.

Как известно, при использовании дифференциальных видов фазовой модуляции значение передаваемой информации в каждом символе зависит не от одного из абсолютных используемых значений фазы принятого сигнала, а от разницы между предыдущим и последующим значениями фазы. В связи с этим для нормального приема сигналов допустимо, чтобы разность фаз θ-φ0 могла быть равной не только нулю, а равной одному из постоянных значений величин ϕ1, φ2, …, ϕ8. То есть допустимо, чтобы она была равной θ-φ01, θ-φ02, θ-ϕ03, …, θ-ϕ08.As you know, when using differential types of phase modulation, the value of the transmitted information in each symbol does not depend on one of the used absolute values of the phase of the received signal, but on the difference between the previous and subsequent phase values. In this regard, for normal reception of signals, it is permissible that the phase difference θ-φ 0 could be equal not only to zero, but equal to one of the constant values of the quantities ϕ 1 , φ 2 , ..., ϕ 8 . That is, it is permissible that it be equal to θ-φ 0 = φ 1 , θ-φ 0 = φ 2 , θ-ϕ 0 = φ 3 ,…, θ-ϕ 0 = ϕ 8 .

Однако непосредственному измерению разности фаз θ-φ0 «мешает» наличие фазовой модуляции. Действительно, поскольку у разных символов величина φk постоянно изменяется, то простое усреднение текущей разности фаз сигналов Sk(t) и Sg(t) не даст текущего значения величины θ-φ0, необходимой для подстройки генератора 8, управляемого напряжением. Поэтому назначением последующих блоков 10-14 является устранение влияния изменяющегося в разных символах фазового сдвига ϕk на результат измерения разности фаз θ-φ0.However, the direct measurement of the phase difference θ-φ 0 is "hindered" by the presence of phase modulation. Indeed, since the value of φ k for different symbols is constantly changing, then a simple averaging of the current phase difference of the signals S k (t) and S g (t) will not give the current value of the value θ-φ 0 required to adjust the voltage-controlled oscillator 8. Therefore, the purpose of the subsequent blocks 10-14 is to eliminate the influence of varying in different symbols of the phase shift ϕ k on the measurement result of the phase difference θ-φ 0 .

Сигнал Sg(t) подается на другой вход первого перемножителя, в результате чего на его выходе вырабатывается напряжение:The signal S g (t) is fed to another input of the first multiplier, as a result of which a voltage is generated at its output:

Figure 00000002
Figure 00000002

Сигнал генератора 8, управляемого напряжением, проходит через фазовращатль 7, где его фаза изменяется на 90°. Сигнал на выходе этого фазовращателя становится равным: Sƒ(t)=Ugsin(ωgt+θ).The signal of the voltage-controlled generator 8 passes through the phase shifter 7, where its phase changes by 90 °. The signal at the output of this phase shifter becomes equal to: S ƒ (t) = U g sin (ω g t + θ).

Он поступает на другой вход второго перемножителя 2, в результате чего на его выходе вырабатывается напряжение:It goes to the other input of the second multiplier 2, as a result of which a voltage is generated at its output:

Figure 00000003
Figure 00000003

На выходе первого фильтра 3 выделяется сигнал разностной частоты:At the output of the first filter 3, a signal of the difference frequency is allocated:

Figure 00000004
Figure 00000004

На выходе второго фильтра 4 также выделяется сигнал разностной частоты:At the output of the second filter 4, the signal of the difference frequency is also allocated:

Figure 00000005
Figure 00000005

Поскольку сигнал генератора, управляемого напряжением, служит для синхронного детектирования фазомодулированных принятых сигналов, то возможная небольшая разносить частот ω0 и ωg за короткое время данного символа не вызовет большого изменения фазы θ и может быть отнесена на счет ее нестабильности (см., например, ранее упомянутую книгу: Галкин В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007. - 432 с.).Since the signal of the voltage-controlled oscillator serves for synchronous detection of phase-modulated received signals, a possible small separation of the frequencies ω 0 and ω g in a short time of this symbol will not cause a large change in the phase θ and can be attributed to its instability (see, for example, the previously mentioned book: Galkin V.A. Digital mobile radio communication. - M .: Hotline-Telecom, 2007. - 432 p.).

Таким образом, можно считать, что:Thus, we can assume that:

Figure 00000006
Figure 00000006

В первом 5 и втором 6 аналого-цифровых преобразователях аналоговые значения напряжений преобразуются в цифровую форму. Обозначим их, как проекции на перпендикулярные оси координат, т.е. u3=I и u4=Q. Далее они подаются на вычислитель 10. В нем вычисляется разность фаз между этими величинами по формуле (1), т.е. (Вычисление по этой формуле даст величину, лежащую в пределах от -90° до +270°, т.е. во всех возможных значениях разности фаз во всех квадрантах.).In the first 5 and second 6 analog-to-digital converters, analog voltage values are converted into digital form. Let us denote them as projections onto perpendicular coordinate axes, i.e. u 3 = I and u 4 = Q. Then they are fed to the calculator 10. It calculates the phase difference between these values by the formula (1), i.e. (Calculation using this formula will give a value lying in the range from -90 ° to + 270 °, i.e. in all possible values of the phase difference in all quadrants.)

Таким образом, определяется величина: ψk = φ0 - θ + φk. Она поступает на вход многоканально вычитателя 13.Thus, the value is determined: ψ k = φ 0 - θ + φ k . It is fed to the input of a multichannel subtractor 13.

Первоначально будем считать что в текущем k-том символе фаза информационной части равна ϕk1=0o, а исходное значение угла θ лежит в первой половине угла между ϕ1 и φ2, т.е. в интервале 0°<θ<22,5°. Эта ситуация изображена на фиг. 2. (Точки «созвездия», соответствующие значениям фаз φ1 ÷ φ8, для удобства пронумерованы от 1 до 8). Эти значения фаз φ1 ÷ φ8 заранее занесены в блок памяти 14. По его многоканальному выходу они поступают на многоканальный вход многоканального вычитателя 13. В нем определяются разности фаз α1, …, α8 между каждым из φ1, …, φ8 и ψk, т.е. α11k, α22k, …, α88k.Initially, we will assume that in the current k-th symbol the phase of the information part is equal to ϕ k = ϕ 1 = 0 o , and the initial value of the angle θ lies in the first half of the angle between ϕ 1 and φ 2 , i.e. in the range 0 ° <θ <22.5 °. This situation is illustrated in FIG. 2. (The points of the "constellation" corresponding to the phase values φ 1 ÷ φ 8 are numbered from 1 to 8 for convenience). These values of the phases φ 1 ÷ φ 8 are pre-entered into the memory unit 14. Through its multichannel output, they are fed to the multichannel input of the multichannel subtractor 13. It determines the phase differences α 1 , ..., α 8 between each of the φ 1 , ..., φ 8 and ψ k , i.e. α 1 = φ 1k , α 2 = φ 2k ,…, α 8 = φ 8k .

Пусть при передаче некоторого k-того символа значение φk было равным φk1=0°. Тогда ψk0-θ. Значения разностей будут иметь величины: Let the value of φ k be equal to φ k = φ 1 = 0 ° during transmission of some k-th symbol. Then ψ k = φ 0 -θ. The differences will have the following values:

Figure 00000007
Figure 00000007

В приведенном рисунке на фиг. 2 исходная разность фаз θ-φ0 имеет небольшую величину и ближе к φ1, чем к φ2. То есть абсолютная величина угла α1 будет наименьшей из всех α1, …, α8. Блок сравнения 12 выберет значение α1=θ-φ0, и подключит его на вход усреднителя 11.In the illustration shown in FIG. 2 the initial phase difference θ-φ 0 is small and closer to φ 1 than to φ 2 . That is, the absolute value of the angle α 1 will be the smallest of all α 1 , ..., α 8 . Comparison unit 12 will select the value α 1 = θ-φ 0 , and connect it to the input of the averager 11.

Следующий символ может иметь любое из восьми возможных значений φk. Пусть он имеет, например, значение ϕk4=135° Эта ситуация изображена на фиг. 3.The next symbol can have any of eight possible values of φ k . Let it have, for example, the value ϕ k = ϕ 4 = 135 ° This situation is shown in Fig. 3.

Тогда ψk0-θ+135°.Then ψ k = φ 0 -θ + 135 °.

Разности на выходе многоканального вычитателя 13 будут иметь значенияThe differences at the output of the multichannel subtractor 13 will have values

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Наименьшую абсолютную величину будет иметь фаза α44k=θ-φ0. Именно она будет подключена на вход усреднителя 12. Такие же значения минимальные величины будут поступать на вход усреднителя при любом последующем значении передаваемого φk. The phase α 4 = φ 4k = θ-φ 0 will have the smallest absolute value. It is she who will be connected to the input of the averager 12. The same values of the minimum values will be fed to the input of the averager at any subsequent value of the transmitted φ k .

Усреднитель 12 усредняет поступающие на его вход величины за несколько подряд идущих символов. Усреднение применяется для того, чтобы уменьшить влияние шумов, отклоняющих величину θ-φ0 от истинного значения.The averager 12 averages the values arriving at its input for several consecutive symbols. Averaging is used in order to reduce the influence of noise that deviates the value of θ-φ 0 from the true value.

Далее величина θ-φ0 поступает на вход интегратора 9. Интегратор 9 служит для управления перестройкой генератора 8, управляемого напряжением. Если знак величины θ-φ0 - положительный, то частота генератора, управляемого напряжением медленно снижается, уменьшается фаза θ, пока не станет равной фазе φ0. Если знак входного напряжения интегратора - отрицательный, то частота генератора, управляемого напряжением медленно возрастает, увеличивается фаза θ, пока не станет равной фазе φ0. Таким образом, происходит подстройка фазы генератора, управляемого напряжением, к начальной фазе входного сигнала.Further, the value θ-φ 0 is fed to the input of the integrator 9. The integrator 9 serves to control the tuning of the generator 8 controlled by the voltage. If the sign of the value θ-φ 0 is positive, then the frequency of the voltage-controlled generator slowly decreases, the phase θ decreases until it becomes equal to the phase φ 0 . If the sign of the input voltage of the integrator is negative, then the frequency of the voltage controlled generator slowly increases, the phase θ increases until it becomes equal to the phase φ 0 . Thus, the phase of the voltage controlled oscillator is adjusted to the initial phase of the input signal.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда значение φk вновь равно нулю и разность фаз ψk=θ-φ0 лежит между значениями φ1 и φ2, но ближе к значению ϕ2, чем к ϕ1 т.е. исходная величина 22,5°<θ<45°. Тогда из уравнений (2) следует, что наименьшим по абсолютной величине будет угол α8=315ο+θ-φ0=-45°+θ-φ0. Интегратор, управляя перестройкой генератора 8, управляемого напряжением, будет стремиться свести эту величину к нулю, что соответствует θ=φ0+45°, и его перестройка остановится, когда фаза θ достигнет этого значения. (Действительно, если θ<φ0+45°, то α8<0 и фаза генератора 8 увеличивается, если θ>φ0+45°, α8>0, фаза генератора 8 уменьшается.) Таким образом, фаза θ будет подстраиваться к одному из двух ближайших значений: φ1 и φ2.Now consider the situation when the value of φ k is again equal to zero and the phase difference ψ k = θ-φ 0 lies between the values of φ 1 and φ 2 , but closer to the value of ϕ 2 than to ϕ 1, i.e. initial value 22.5 ° <θ <45 °. Then it follows from equations (2) that the angle α 8 = 315 ο + θ-φ 0 = -45 ° + θ-φ 0 will be the smallest in absolute value. The integrator, controlling the tuning of the voltage-controlled generator 8, will tend to reduce this value to zero, which corresponds to θ = φ 0 + 45 °, and its tuning will stop when the phase θ reaches this value. (Indeed, if θ <φ 0 + 45 °, then α 8 <0 and the phase of the generator 8 increases, if θ> φ 0 + 45 °, α 8 > 0, the phase of the generator 8 decreases.) Thus, the phase θ will be adjusted to one of the two closest values: φ 1 and φ 2 .

При рассматриваемом значении φk1=0° исходная фаза θ может оказаться большей, чем 45° и находиться между φ2 и φ3. Тогда она начнет подстраиваться либо к φ2, либо к φ3, в зависимости от того, к какому из этих значений она ближе. Это свойство справедливо для любого исходного значения θ. Автоподстройка будет ее приравнивать к той из восьми фаз ϕ1÷ϕ8, которая к ней ближе по величине.For the considered value φ k = φ 1 = 0 °, the initial phase θ may turn out to be greater than 45 ° and be between φ 2 and φ 3 . Then it will begin to adjust to either φ 2 or φ 3 , depending on which of these values it is closer to. This property is valid for any initial value of θ. Auto-tuning will equate it to that of the eight phases ϕ 1 ÷ ϕ 8 , which is closer to it in magnitude.

Рассмотрим другое значение фазы передаваемого сигнала, например, ϕk4=135°, ранее анализированное на фиг. 3. При исходной величине угла θ, равной 22,5°<θ<45° (фаза ψk ближе к φ5,чем к φ4), будет в соответствии с (3) выполняться: |-45°+θ-φ0,|<|θ-φ0|, т.е. абсолютная величина угла α3 будет меньше, чем α4. Перестройка генератора 8, управляемого напряжением, будет выполняться в соответствии со знаком α3. Поскольку α3<0 то перестройка будет увеличивать фазу θ, пока значение ψk не совпадет φ5. Таким образом и здесь происходит подстройка к ближайшему из значений φ1, …, φ8.Consider another value for the phase of the transmitted signal, for example, ϕ k = φ 4 = 135 °, previously analyzed in FIG. 3. With the initial value of the angle θ equal to 22.5 ° <θ <45 ° (the phase ψ k is closer to φ 5 than to φ 4 ), in accordance with (3), the following will be performed: | -45 ° + θ-φ 0 , | <| θ-φ 0 |, that is, the absolute value of the angle α 3 will be less than α 4 . The restructuring of the voltage-controlled generator 8 will be performed in accordance with the sign of α 3 . Since α 3 <0, then the rearrangement will increase the phase θ until the value of ψ k coincides with φ 5 . Thus, the adjustment to the closest of the values φ 1 , ..., φ 8 takes place here too.

Теперь рассмотрим другое исходное значение фазы θ, например θ=100°. Фаза φk пусть текущего символа будет равной 0°, и величина ψk лежит между ϕ3 и φ4 ближе к φ3. Расстояние до φ3 меньше, чем до любого другого значения и подстройка будет происходить к нему. Аналогично будет происходить и при другом значении φk текущего символа. Таким образом, в зависимости от исходного значения фазы генератора и фазы принятого символа устройство фазовой автоподстройки всегда подстроит ее к той из восьми фаз ϕ1÷ϕ8, которая к ней ближе по величине.Now consider another initial value for the phase θ, for example θ = 100 °. The phase φ k let the current symbol be equal to 0 °, and the value ψ k lies between ϕ 3 and φ 4 closer to φ 3 . The distance to φ 3 is less than to any other value and will be adjusted to it. The same will happen with another value of φ k of the current symbol. Thus, depending on the initial value of the generator phase and the phase of the received symbol, the phase-locked loop will always adjust it to that of the eight phases ϕ 1 ÷ ϕ 8 , which is closer to it in magnitude.

В любой ситуации фаза генератора, управляемого напряжением, независимо от последовательности изменения информационных значений фазы ϕk будет зависеть только от начальной фазы θ и фазы φ0 в данном сеансе и будет настроена на одно из постоянных значений φ1÷φ8. Таким образом, убирается влияние модуляции на подстройку генератора. А поскольку при дифференциальных видах фазовой модуляции не имеет значение, на которую из них настроена фаза генератора, то дальнейшая демодуляция будет успешно осуществляться.In any situation, the phase of the voltage-controlled generator, regardless of the sequence of changes in the information values of the phase ϕ k, will depend only on the initial phase θ and phase φ 0 in this session and will be tuned to one of the constant values φ 1 ÷ φ 8 . This eliminates the influence of modulation on the tuning of the oscillator. And since with differential types of phase modulation it does not matter which of them the oscillator phase is tuned to, further demodulation will be successfully carried out.

Устройство применимо и для других возможных видах дифференциальной фазовой модуляции (например, BPSK, QPSK, 16-PSK, QAM и др.), причем переход от одного к другому виду модуляции не потребует изменения структуры схемы, а только лишь занесение в память блока 14 других используемых значений фазы. Кроме этого, поскольку отсутствует многократное умножение частоты, то нет и значительного возрастания шумов и ухудшения помехоустойчивости.The device is applicable for other possible types of differential phase modulation (for example, BPSK, QPSK, 16-PSK, QAM, etc.), and the transition from one to another type of modulation does not require changing the structure of the circuit, but only storing others in the memory of block 14 used phase values. In addition, since there is no multiple frequency multiplication, there is no significant increase in noise and deterioration of noise immunity.

Таким образом, применение предлагаемого устройства фазовой автоподстройки системы с цифровой фазовой модуляцией позволяет повысить помехоустойчивость системы и увеличить универсальность ее применения.Thus, the use of the proposed phase-locked-loop device of a system with digital phase modulation makes it possible to increase the noise immunity of the system and increase the versatility of its application.

Claims (1)

Устройство фазовой автоподстройки системы с цифровой фазовой модуляцией, содержащее первый и второй перемножители, первый и второй фильтры, генератор, управляемый напряжением, и фазовращатель, отличающееся тем, что в него введены первый и второй аналого-цифровые преобразователи, интегратор, вычислитель текущего значения фазы принимаемого символа, усреднитель, блок сравнения, сравнивающий все полученные разности по абсолютной величине и формирующий на выходе сигнал, соответствующий той разности, абсолютная величина которой наименьшая из сравниваемых, многоканальный вычитатель и блок памяти, хранящий возможные значения фазы символов, причем вход устройства соединен с одним из входов первого и второго перемножителей, а их выходы через последовательно подключенные первый и второй фильтры и первый и второй аналого-цифровые преобразователи со входами вычислителя, выход которого соединен со входом многоканального вычитателя, а другие входы многоканального вычитателя соединены с выходами блока памяти, выходы многоканального вычитателя подключены ко входам блока сравнения, а его выход через последовательно соединенные усреднитель и интегратор подключен ко входу генератора, управляемого напряжением, выход генератора, управляемого напряжением, соединен с другим входом первого перемножителя и через фазовращатель с другим входом второго перемножителя.A phase-locked loop device for a digital phase modulation system containing the first and second multipliers, the first and second filters, a voltage-controlled generator and a phase shifter, characterized in that the first and second analog-to-digital converters, an integrator, a calculator of the current phase value of the received symbol, an averager, a comparison unit that compares all the obtained differences in absolute value and generates at the output a signal corresponding to the difference, the absolute value of which is the smallest of the compared ones, a multichannel subtractor and a memory unit storing the possible values of the symbol phase, and the input of the device is connected to one of the inputs of the first and second multipliers, and their outputs through the series-connected first and second filters and the first and second analog-to-digital converters with the inputs of the calculator, the output of which is connected to the input of the multichannel subtractor, and the other inputs of the multichannel subtractor are connected to the outputs of the block memory, the outputs of the multichannel subtractor are connected to the inputs of the comparison unit, and its output through a series-connected averager and integrator is connected to the input of the voltage-controlled generator, the output of the voltage-controlled generator is connected to another input of the first multiplier and through a phase shifter to another input of the second multiplier.
RU2021115631U 2021-05-31 2021-05-31 A DEVICE FOR AUTO-POSITIONING OF THE SYSTEM WITH DIGITAL PHASE MODULATION RU208071U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115631U RU208071U1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 A DEVICE FOR AUTO-POSITIONING OF THE SYSTEM WITH DIGITAL PHASE MODULATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115631U RU208071U1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 A DEVICE FOR AUTO-POSITIONING OF THE SYSTEM WITH DIGITAL PHASE MODULATION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU208071U1 true RU208071U1 (en) 2021-12-01

Family

ID=79174754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021115631U RU208071U1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 A DEVICE FOR AUTO-POSITIONING OF THE SYSTEM WITH DIGITAL PHASE MODULATION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU208071U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2044409C1 (en) * 1992-06-29 1995-09-20 Ростовский научно-исследовательский институт связи Device for recovery of carrier frequency of phase- manipulated signals
US6983028B2 (en) * 2000-08-23 2006-01-03 Lg Electronics Inc. Carrier restoration apparatus and method
RU92272U1 (en) * 2009-05-04 2010-03-10 Владимирский государственный университет DIGITAL SIGNAL TRANSMISSION SYSTEM
RU2510145C1 (en) * 2012-12-18 2014-03-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Method for restoring carrier frequency of phase-shift keyed signal and monitoring thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2044409C1 (en) * 1992-06-29 1995-09-20 Ростовский научно-исследовательский институт связи Device for recovery of carrier frequency of phase- manipulated signals
US6983028B2 (en) * 2000-08-23 2006-01-03 Lg Electronics Inc. Carrier restoration apparatus and method
RU92272U1 (en) * 2009-05-04 2010-03-10 Владимирский государственный университет DIGITAL SIGNAL TRANSMISSION SYSTEM
RU2510145C1 (en) * 2012-12-18 2014-03-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) Method for restoring carrier frequency of phase-shift keyed signal and monitoring thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1065419A (en) Digital detection system for differential phase shift keyed signals
US4691176A (en) Adaptive carrier tracking circuit
JP3017041B2 (en) Automatic frequency control method and device
US7310387B2 (en) Apparatus for compensating DC offsets, gain and phase imbalances between I-channel and Q-channel in quadrature transceiving system
EP0729681B1 (en) Apparatus and method for maximizing frequency offset tracking performance in a digital receiver
EP0533208A2 (en) PSK demodulator with feedback circuit for correcting phase and freqency errors
JP2691604B2 (en) Input signal timing recovery control circuit
US5742637A (en) Fast phase estimation in digital communication systems
US5410573A (en) Digital phase-locked loop circuit
US7248654B2 (en) Apparatus and method for compensating I/Q imbalance based on gain-controlled reference channel in orthogonal frequency division multiplex
CN111884964B (en) Frequency synchronization system adapting to VDE multi-modulation system
KR940003196B1 (en) Digital automatic frequency control on pure sine waves
US4942592A (en) Synchronous receiver for minimum shift keying transmission
US7430247B2 (en) Carrier frequency detection for N-ary phase modulated signal
JPS5831065B2 (en) FSK demodulator
RU208071U1 (en) A DEVICE FOR AUTO-POSITIONING OF THE SYSTEM WITH DIGITAL PHASE MODULATION
US4071829A (en) Coherent phase detector using a frequency discriminator
JP3386114B2 (en) Demodulation device and method
US6014065A (en) Multi-phase modulator having automatic compensators for offsets of orthogonal adjustment
US5588026A (en) Method of compensating phase shift keying frequency offset
US6181750B1 (en) Apparatus for estimating the frequency difference existing between the carrier frequency of a digital signal and the frequency of a receiver local oscillator
JP2885052B2 (en) Automatic frequency control device
JP3029394B2 (en) FSK demodulator
FI97662C (en) Procedure for carrier recovery
JP3388079B2 (en) Receiver